[发明专利]SiOC复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种SiOC复合材料及其制备方法和应用，SiOC复合材料为微粒状，所述微粒包括以SiOC材料为原料形成的核，所述核的表面存在碳膜；其中，任一所述微粒的核的最大截面的短轴为a，长轴为b，0.8＜a/b≤1，所述微粒为多孔结构。本发明提供的SiOC复合材料，具有良好的稳定性，在电池循环过程中不易膨胀，并具有良好的导电性，有利于其作为硅负极材料时的容量发挥和电子传输等功能，表现出高容量、长循环、低膨胀等优良特性，有效解决电池充放电循环过程中的体积膨胀、循环性差等问题。

技术领域

本发明涉及电池领域，具体涉及一种SiOC复合材料及其制备方法和应用，更具体而言，还涉及应用该SiOC复合材料的负极活性材料、负极片及该负极片的制备方法、电池和电子装置。

背景技术

锂离子电池技术革新的一个方向就是不断提升能量密度，目前主流的石墨材料实际容量已接近理论容量(372mAh/g)，在提升能量密度方面已存在瓶颈，硅基负极材料(或称硅材料)因具有丰富的储备、超高的理论容量(4200mAh/g)、环境友好等优点而备受关注和研究，然而，在电池的充放电循环过程中，随着锂离子的嵌入和脱出，硅材料往往会发生120％至300％甚至300％以上的体积变化(即体积膨胀)，导致硅材料粉化并与集流体脱离，从而导致负极导电性变差，降低锂离子电池的循环性能，具体表现在电池循环衰减快(400圈循环容量保持率低于80％)等方面，此外，常规硅材料导电性较差(＜1S/m)，也是影响其循环性等性能的重要因素。

目前，解决硅材料在电池循环过程中的体积膨胀和导电性差等问题的方法主要有：(1)将硅材料纳米化，研究显示，纳米硅材料在电池循环过程中的体积变化较小(体积膨胀率300％)，与非纳米材料相比(粒径＞1μm)，纳米材料膨胀后不易破碎粉化，有利于保持材料的结构稳定性，然而，纳米材料的比表面积大(小于100nm的纳米材料比表面积可高达100m²/g)，通常会消耗更多的电解液形成SEI膜，造成电池的首次库伦效率偏低(＜80％)，并且纳米硅材料还存在着制备困难、价格较高等缺陷，实际应用比较有限；(2)对硅材料进行表面包覆修饰，碳包覆是较为常用的手段之一，能够在一定程度上提升硅材料的导电性(普通硅材料经碳包覆后电导率可提升至100S/m左右)并缓解硅材料膨胀(体积膨胀率一般约80％～110％)，但经常规CVD炔烃类气体包覆和固相沥青包覆等包覆方式形成的碳包覆硅材料的导电性和循环过程中的体积膨胀问题改善效果有限，不能有效解决循环过程中硅负极膨胀导致的电接触失效等问题；(3)将含硅材料与石墨或其他材料(如金属或非金属等)混合，利用石墨等材料的导电性(电导率＞500S/m)等特性，可在一定程度上缓解循环过程中硅材料的体积膨胀(体积膨胀率＜10％)问题，并提高体系的导电性(电导率＞100S/m)，然而通过机械混合的混合均匀性较差，且为保证循环过程中石墨与硅材料颗粒的接触，往往需要依赖高粘结力(＞30N/m)的粘结剂，往往会造成电池倍率性的降低；(4)优化硅负极使用的粘结剂，提升含硅负极的粘结力(一般大于30N/m)，束缚硅材料的膨胀(体积膨胀率＜10％)，然而，该方式对硅负极的体积膨胀和导电性等问题的改善效果也不理想，且采用高粘结力的粘结剂会影响电池的倍率性等性能。

综合考虑对硅负极体积膨胀和导电性能的改善效果以及成本、操作工艺难度等因素，碳包覆相对上述其他解决方式具有一定的优势，逐渐成为本领域的研究热点。然而，如上所述，现阶段碳包覆硅负极材料体积膨胀问题及其导电性有待进一步改进。

发明内容

本发明提供一种SiOC复合材料极其制备方法和应用，以至少解决现有技术存在的硅负极材料易膨胀、导电性差及由此导致的电池循环性差、膨胀率高等问题。

本发明的一方面，提供一种SiOC复合材料，其为微粒状，所述微粒包括以SiOC材料为原料形成的核，所述核的表面存在碳膜；其中，任一所述微粒的核的最大截面的短轴为a，长轴为b，0.8＜a/b≤1，所述微粒为多孔结构。